专利名称：检测轮胎低泄漏率的方法
技术领域：
本发明一般涉及轮胎监控和告警系统，具体地说，涉及当轮胎有非常低的泄漏率或已有很长时间低于推荐压力时提供告警的方法。
背景技术：
各种文件已表明保持正确的轮胎气压可以改善操纵、增加每加仑汽油行驶英里并延长汽车轮胎的使用寿命。而且，保持正确的轮胎气压是汽车安全运行的重要因素。尽管有如此无可辩驳的重要性，但许多驾车人都未能足够经常地监控和保持轮胎气压。即使保持良好的轮胎在汽车运行的持续磨损后也会压力减小，对驾驶人形成潜在的危险处境。此外，随着”扩展机动性轮胎”(EMT)的出现以及它们日益广泛的商业销售，汽车驾驶人员可能很难检测低压力或泄漏情况并采取适当的行动。结果，就会发生在超出制造商所推荐限度的低压情况下延长使用轮胎的情况。
已知有轮胎气压监控系统并已越来越多地用于监控一个或多个轮胎参数，并当任何所测量的参数超过预定阈值时向操作人员报警。及时的告警可使驾驶员适当地维持轮胎的充气压力。这种系统通常包括一个或多个传感器，它们不断地测量轮胎参数，例如温度和压力，并将所测量的数据传送到远端的接收器进行分析。轮胎监控系统的目的就是如果在一个或多个轮胎中有异常情况就向驾驶员提供报警。通常轮胎的压力和温度是所报告的参数。为了有用，这些信息必需很快传送并且可靠。但是，从传感器原始测量的温度和压力导出的数据显示常常不足以精确地代表有低泄漏率的轮胎情况。而且，对于轮胎中的压力变化很小以及轮胎气压已有很长时间低于推荐压力的情况来说，仅在检测到轮胎气压有大的改变时发出告警的轮胎监控系统是不够的。能在低漏气情况或轮胎已很长时间低于推荐压力时发出告警的系统和方法一直还有问题。
所以，一直需要有一种方法来处理低泄漏率或很长时间低于推荐压力的轮胎信息。所需的解释框架应健壮，建立在可靠的方法上，并提供高度的通用性。各种类型的传感器都可用于压力检测，包括压电传感器、电子传感器、碳传感器、光反射传感器、电容传感器、感应声传感器以及超声传感器。所需的解释方法应能和传感器，通信和数据处理硬件一起使用或单独使用，以便在当今使用的各种监控系统中得到应用。而且，解释方法应需要较小数量的计算机处理存储器以进一步降低关联的硬件成本。最根本的是，解释方法应在轮胎有快速放气或有低泄漏率但仍高于最低充气阈值时向驾驶员提供及时告警。
发明内容
本发明的主题是解决业界对于在各种充气条件下向驾驶员提供低压告警的可靠方法的需要。当轮胎中的泄漏率很快或非常慢，或当轮胎已长时间处于充气不足状态时本方法提供精确和及时的告警。按照本发明的一个方面，利用模拟模型和关联算法来模拟慢速轮胎漏气系统。所述模型以汽车系统中的能量变化(以汽车系统内的压力变化来代表)乘以汽车运行的距离来模拟轮胎气压的变化。这样，当轮胎中的压力变化时，系统中的能量也变化。规定推荐的冷压力值和低泄漏率极限。利用传统的传感器装置在抽样泄漏率条件下测量在推荐压力以下的压力降。对于幅度小于最低泄漏率极限的泄漏率，结果能量阈值是当压力越过全范围(entire band)低压阈值时由泄漏率极限所建立的积分值。对于幅度小于最低泄漏率极限的小泄漏率，在压力达到临界极限之前所述能量积分将达到阈值。
按照本发明的另一方面，将多种泄漏率方法结合起来，在系统中并行工作，以便在不同的轮胎情况下提供最佳结果。这些方法可以连续工作或交替工作。在本发明的一个方面，采用串联的大泄漏率和低泄漏率算法和方法。对于大泄漏率，采用大泄漏率方法并将其用来触发告警。在某个预定的低泄漏率阈值条件下，系统采用低泄漏率算法，所述低泄漏率算法或者进行专门的诊断监控或者和大泄漏率方法同时工作。为有效起见，两种系统可以交替采用或同时采用，从而实现具有最少的错误报警的高预测精度。
将以实例的方法参阅附图来说明本发明，附图中图1是显示代表性多方法系统的方框图，其中各种可供选择的方法同时工作。
图2是显示本发明的一个方面的方框图，其中，在多方法系统中高和低泄漏率方法同时工作。
图3是说明低泄漏率方法的方框图。
图4是低泄漏率方法的另一实施例的方框图。
图5代表来自RCP的压力差和泄漏率的关系曲线。
图6代表报警压力和泄漏率的关系曲线。
图7代表报警时间与泄漏率的关系图。
图8代表在泄漏率变化点-15KPa/min时报警压力和泄漏率的关系图。
具体实施例方式
参阅图1，图中示出简化的多方法系统，用于远离(off of)规定的轮胎参数的交替或组合工作。所述系统10示出两种同时工作的方法，但本发明不限于此。如果需要可以配置更多的方法以提供最佳结果。系统10包括建立受监控的轮胎参数，例如但不一定限于轮胎气压。其它参数，例如负载、温度等，也可以选择作为被监控的轮胎参数。系统测量所述选择的轮胎参数14。利用轮胎气压作为被测轮胎参数，有关轮胎气压监控装置的各种硬件和软件都可用，可用来测量轮胎空腔中的压力并将测量值传送到接收器作随后的处理和分析。
根据预定的选择准则，例如低压力泄漏率，选择最适合于估算被测轮胎参数的算法，如方框16所示。第一方法22和第二方法18并行用来同时或交替地协同工作。在本文中，”方法”和”分析系统”可互换使用。根据选择准则，或采用任一种方法，或采用两种方法。例如，方法18和22可同时使用，以提供自身有效性和验证。根据所选的方法，按照适当的算法和分析技术，对所测参数进行估算20、24。以能告知驾驶员汽车上轮胎状态的一种有用形式，例如通过指示灯或告警灯，发送结果25。以具体的示范应用为例，受监控的轮胎参数可以是轮胎气压，所选方法16可以是定义”低”泄漏率对”高”泄漏率的比值。例如，按方法22，低泄漏率可以更精确估算且错误结果较少，而按方法18，高泄漏率可以更精确地估算且错误结果较少。如前所述，最好连续地使用两种方法的结果和/或将它们同时用于确定的目的，而不是用交替的方式。
参阅图2，图中举例示出并行轮胎监控系统，其中根据按照定义泄漏率是”高”或者”低”而通过一种方法或另一方法或两种方法来估算轮胎的泄漏率。设定建立的最小泄漏率极限26，并定义低压阈值28。轮胎的泄漏率K可以用市售的传感器/通信硬件和软件来测量。如果测定的泄漏率K大于最小泄漏率极限，大泄漏率模型和方法34可以用来分析何时轮胎气压会越过预定的低压阈值并相应发出告警。这种模型和方法在2002年12月16日提交的以及在2004年1月29日以US-2004-0017289-A1公开的待批美国申请(序列号10/320,799)中已提出和公开，所述申请已作为参考包括在本文中。这种方法对于压力的快速变化或当泄漏率发生在比较短的时间内时很有效。
如果测定的泄漏率K小于最小泄漏率极限，本发明认为可以采用小泄漏率方法38，同时使用或不使用大泄漏率模型34，来作出决定结果36。如前所述，同时使用两种方法34、36进行交叉验证是有利的。作为一种或两种方法34、38估算的结果，可以向车辆驾驶员发出告警40。
参阅图3，图中解释了小泄漏率方法的工作38。已知轮胎中温度或速度校正可以掩饰或隐藏漏气的存在或给出虚假报警。方法38的目的就是当轮胎气压有非常低的泄漏率或已长时间低于推荐压力时提供报警。这样就可避免虚假报警。采用能量算法，得出汽车能量变化与轮胎气压变化乘以汽车所运行距离的变化之间的相似性。得出这种相似性的理由是当轮胎气压由于漏气而减小时，轮胎和地面的接触表面增加。移动汽车所需的力就改变，通过一段运行距离的力的改变代表了系统中用来作功的能量。
能量积分方法相应地，”能量”以Δp*dx表示W＝∫Δp*dx＝∫Δp*V*dt(公式1)式中Δp是低于推荐值的压力降，抽样泄漏率为dtΔp＝RCP-压力 (公式2)假定压力降为恒定的泄漏率K，是个负数。
相对于时间的压力降定义为正量Δp＝-K*t (公式3)在公式3中，时间和参考系有关，此时压力达到低于推荐冷压力值(RCP)并进入由参数LowPTh所定义的压力差范围。公式3用于以下推导，而公式2则用计算机伪码实现。
对于小于最小泄漏率极限的泄漏率，结果W的阈值是当压力越过整个范围的LowPTh时由泄漏率极限(RateLimit)所建立的积分值。
Wth=-LowPTh22*RateLimit]]>(公式4)
公式4从三角形的面积导出。对于幅度小于RateLimit的小泄漏率，能量积分会在压力达到临界极限之前达到此阈值。较小的泄漏率幅度时超过Wth的压力降也较小(见公式6)。这和大泄漏率方法34(例如在序列号为10/329,799的美国专利申请中所公开的”剩下时间(time left)”算法)的压力降趋势相反。于是发生相交，如图5和图6所示。在图5中，作出来自RCP的压力差和泄漏率的关系曲线就可以描绘低于RCP的压力降。在图6中，作出报警压力和泄漏率的关系曲线就可以描绘报警压力。从图5和图6应注意到，在-0.124kPa/min以下能量算法(低泄漏率算法38)是主导的。
在导数中，速度V抵消，或设为1。较小的泄漏率幅度会在最终时间越过Wth阈值tf=LowPTh(-K)(-RateLimit)]]>(公式5)公式5是将公式3代入公式1的Δp而推导得出。tf值绘于图7。此时的压力降为dP=-K*tf=(-K)*LowPTh(-RateLimit)]]>(公式6)插入负号是为了使根号下的量是正值。压力降数值在图5中示出。
如果公式1中V＝1，则能量W的一次导数就是压力降Δp。应指出，二次导数是泄漏率。
LeakRate=K=-d2Wdt2]]>(公式7)图7代表所述能量方法的报警时间与泄漏率的关系图。图8代表在泄漏率变化点-15KPa/min时报警压力和泄漏率的关系图。
还应指出，可以求出两种算法的相交点。可以通过将公式6设定为等于由最小泄漏率RateLimit定义的压力降来求出所述相交点dP2＝LowPTh+RateLimit*报警时间(公式8)
求解相交点K0=RateLimit*(1+RateLimit*WarnTimeLowPTh)2]]>(公式9)所述二次式在以下情况下具有最小值(最大幅度)RateLimit=-13LowPThWarnTime]]>(公式10)公式9可用于确定图5，6，7中泄漏率极限和报警时间之间的关系。注意公式10用于确定何时启动低压分析系统，取决于需要多少报警时间。所以，公式10中的报警时间为一预定数值。阈值代码可以作为每个周期的总和实现如果((RCP-EnerBandDist)-压力)＞0W＝W+(RCP-EnerBandDist)*dt；否则W＝0结束EnerBandDist可以根据经验设定为小的数值。它还可用来区别由于高度改变的报警。一旦压力超过(RCP-EnerBandDist)，能量总和就复位。对于阈值设定可以添加以下逻辑条件W1＝(W＞WTh)；当所述逻辑条件估算为真时，报警系统40设定软件标志，表明能量算法已检测到违反阈值Wth的情况。
举例来说，在报警系统中可以控制黄灯。黄色提示灯可以用作软报警，任一方法都可驱动。桔红色灯可用来指示更严重的报警，表示快速的压力损失，且桔红色灯可不由能量方法38控制，而完全由方法34控制。各种算法特征的组合证明使用这两种灯是正确的。
继续参阅图3，用于小泄漏率的方法38包括以下步骤将系统能量表示为压力变化的函数42；假定泄漏率为常数44；设定能量阈值为当压力越过低压阈值时由最小泄漏率建立的积分值；计算最终时间，将其定义为较小泄漏率幅度越过能量阈值的时间48；以及计算在最终时间的压力降50。可以根据能量计算泄漏率52；根据低压阈值和报警时间来确定泄漏率极限54。
参阅图4，用于小泄漏率的方法38的第二个可供选择的实施例包括以下步骤将系统能量表示为压力变化的函数68；设定能量阈值为当压力越过低压阈值差范围时由最小泄漏率建立的积分值60；当压力降到推荐的冷充气压力以下一定数量时开始能量积分计算64；当压力恢复到超过规定数值时复位能量积分62；以及当系统能量超过阈值时72向驾驶员发出报警74。
由上述可知本发明广泛考虑了多种方法的并行使用，选择最佳的一个或多个分析系统或方法的组合用于不同情况。根据预定参数从一种方法转换到另一种方法可以最佳分析情况，例如(但不限于)轮胎气压。这样做时，因各种非本征或本征因素引起的虚假报警就可减少，就可以更精确地预计系统的情况。
根据所提供的说明可以对本发明作出各种改动。虽然为了说明本发明而对某些代表性的实施例和细节作了说明，但是，对于本专业的技术人员来说，显然，在不偏离本发明的范围的情况下可以作出各种变化和修改。所以应当理解，对所述具体实施例进行的各种变化将在以下所附权利要求书所定义的本发明的全部预期的范围之内。
权利要求
1.一种监控被测轮胎参数的方法，其特征在于包括以下步骤a.识别至少一个被监控的轮胎参数；b.测量所述轮胎参数；c.选择至少一个分析系统，以便从多个分析系统中最佳估算所述轮胎参数的测量值；d.利用所述选择的分析系统分析所述被测轮胎参数；以及e.传送基于对所述被测轮胎参数的所述分析的结论。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述被测轮胎参数是轮胎气压。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述选择至少一个分析系统至少部分地基于所述轮胎中气压的泄漏率。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述传送基于对所述被测轮胎参数的所述分析的结论包括低压报警。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于选择至少一个分析系统的操作包括以下步骤建立最小泄漏率极限(RateLimit)；建立低压阈值差范围(LowPth)；测量泄漏率(K)；以及使用最适合于所测泄漏率的分析系统。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述多个分析系统至少包括较低泄漏率分析系统和较高泄漏率分析系统。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于同时使用所述低泄漏率分析系统和所述高泄漏率分析系统。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述至少一个分析系统包括以下步骤将系统能量(W)表示为轮胎气压变化Δp的函数；以轮胎气压越过低压阈值时的较低泄漏率极限值作为系统能量的阈值(Wth)；计算较小泄漏率幅度越过所述Wth阈值的最终时间(tF)；以及计算tF时的压力降。
9.如权利要求8所述的方法，其特征还在于根据所述系统能量W计算泄漏率的步骤。
10.一种用于当轮胎中的气压以较低泄漏率改变时提供报警的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤a.将系统能量(W)表示为轮胎气压变化Δp的函数；b.以轮胎气压越过低压阈值时的较低泄漏率极限值作为系统能量的阈值(Wth)；c.计算较小泄漏率幅度越过所述Wth阈值的最终时间(tF)；d.计算tF时的压力降；以及e.发出基于tF时的所述压力降的报警。
全文摘要
将多种泄漏率方法加以组合并在系统中同时工作，以便在不同的轮胎情况下提供最佳的结果。这些方法可以连续地或者交替地工作。例如，可以在系统中使用串联的大泄漏率和低泄漏率算法和方法，对于大泄漏率，采用大泄漏率方法并将其用来触发告警。在某个预定的低泄漏率阈值下，系统采用低泄漏率算法，或者进行专门的诊断监控或者和大泄漏率方法同时工作。在低泄漏率分析系统中，按照算法W＝∫Δp*dx，使轮胎气压的变化与汽车系统中的能量变化相关，采用导数算法来计算最终时间和在最终时间的压力降，作为发出低压报警的基础。
文档编号B60C23/00GK1891509SQ200510131099
公开日2007年1月10日 申请日期2005年12月5日 优先权日2004年12月3日
发明者J·E·小布朗 申请人:固特异轮胎和橡胶公司